CN108156263A - 一种物联网多参数水质在线监测系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种物联网多参数水质在线监测系统及实现方法，该监测系统包括多个水质检测网关、本地服务器、云端服务器以及智能手机，每个水质检测网关均连接多个总线型水质传感模块和多个无线型水质传感模块；每个水质检测网关分别通过以太网与本地服务器相连，通过无线广域网与云端服务器相连，通过蓝牙与智能手机相连，通过RS485总线与所述总线型水质传感模块相连，通过无线传感网络WSN与所述无线型水质传感模块相连；每个总线型水质传感模块和无线型水质传感模块均连接多种参数水质传感器。该监测系统的水质检测网关通过RS485现场总线和WSN无线传感两种方式连接水质传感器，能通过进行多种方式查询数据和配置系统参数，使用灵活便捷。
Description
技术领域
本发明涉及多参数水质测量及通讯技术领域，特别是一种物联网多参数水质在线监测系统及实现方法。
背景技术
水质监测比较常见的方式是采用便携式单参数检测仪，由检测人员携带到现场进行水质监测，根据监测参数的种类携带多个设备进行检测。由于各个检测设备都独立的存在，不利于大规模组网测量，而且这种检测方法需要将不同设备检测到的数据进行人工汇总，必然造成检测过程中人力物力的浪费。采用网络化监测是一种有效的解决方案，将多个配备水质参数传感器的无线检测节点，配合一个网关节点使用，检测节点定期地采集水体信号，网关节点进行汇总。例如公布号CN107132329A公开了一种LoRaWAN多参数水质在线监测系统及方法，通过组建短距离LoRa网络采集水体参数，集中由LoRa网关进行参数补偿的方式对多种水质参数在线检测及远程传输。公布号CN107167461A公开了一种基于物联网的水体溶解氧自动化监测方法，通过集成无线发送模块的方法实现水体溶解氧监测。公布号CN106840274A公开了一种基于LTE_Cat-M1的在线水质监测装置及其使用方法，通过LETCat-M1通信模组实现电导率、溶解氧、pH值水质参数的远程传输。
这些方法解决了水质监测的无线传输问题，但是存在应用场景受限、传感器类型和数量不易调整等弊端，也不能满足较大水面监测需求。尤其河面宽度较大或者湖面离岸较远点位测量水质参数时，不便铺设线缆，因此需要一种新型的水质监测系统。
发明内容
本发明针对上述技术问题做出改进，提出一种物联网多参数水质在线监测系统。该监测系统的水质检测网关通过RS485现场总线和WSN无线传感两种方式连接水质传感器，既可以通过RS485有线方式级联多种传感模块，也可以通过WSN无线方式扩展监测区域；在河道或湖面中心处采用蓄电池供电或太阳能供电，以低功耗WSN无线方式将水质参数传输到岸边附近安置的水质检测网关，同时水质检测网关以有线方式监测邻近区域水质参数；通过本地服务器、远程服务器和智能手机应用软件多种方式查询数据和配置系统参数，使用灵活便捷。
本发明采用的技术方案是：
一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括多个水质检测网关、本地服务器、云端服务器以及智能手机，每个水质检测网关均连接多个总线型水质传感模块和多个无线型水质传感模块；
每个水质检测网关分别通过以太网与本地服务器相连，通过无线广域网WWAN与云端服务器相连，通过蓝牙与智能手机相连，通过RS485总线与所述总线型水质传感模块相连，通过无线传感网络WSN与所述无线型水质传感模块相连；
每个总线型水质传感模块和无线型水质传感模块均连接多种参数水质传感器，所述多种参数水质传感器包括深度深度传感器、水温传感器、pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器和浑浊度传感器；
所述本地服务器、云端服务器和智能手机都能进行多参数水质在线监测系统监测数据的存储与显示，并能进行监测系统的校准与设置；
总线型水质传感模块持续采集临近区域水质参数，无线型水质传感模块按需采集扩展区域水质参数，将采集的水质参数数据通过WWAN模块上传到云端服务器、通过以太网接口保存在本地服务器、通过蓝牙支持智能手机查询和参数配置；所述无线型水质传感模块采用蓄电池供电或太阳能供电。
一种物联网多参数水质在线监测实现方法，该方法使用上述的物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，该方法的步骤是：
S11：水质检测网关上电自检，设定RS485总线轮询周期T1，设定WSN模块轮询周期T2，设定以太网接口轮询周期T3，设定WWAN模块轮询周期T4，设定蓝牙模组中断监听模式；
S12：按T1周期轮询RS485总线型水质传感模块，获取临近区域水质参数；
S13：按T2周期控制WSN模块轮询无线型水质传感器模块，获取扩展区域水质参数；
S14：按T3周期通过以太网向本地服务器存储水质参数，并接收本地服务器命令；
S15：按T4周期通过WWAN模块向云端服务器上传水质参数，并接收云端服务器命令；
S16：如果有蓝牙模组请求，进行响应；
S17：处理本地服务器、云端服务器和蓝牙模组接收到的命令，调整系统参数，返回S12执行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.水质传感模块分为总线型水质传感模块和无线型水质传感模块，支持RS485有线和WSN无线两种方式，便于使用者根据实际需要轻松扩展监测区域。
2.水质检测网关和水质传感模块之间的通讯采用工业控制中常用的Modbus协议和4～24mA两种接口方式，易于扩展检测节点的数量，同时避免了使用自定义协议造成的系统不兼容问题。
3.水质检测网关采用一款高性能、高数据传输速率、内置存储单元的ARM内核微处理器，在线分析水质，调整轮询周期，也便于后期对产品升级时加入数据处理算法。
4.本发明监测系统支持本地服务器、云端服务器和蓝牙智能手机应用软件等多种方式配置，使用灵活便捷，能满足多种场合需求。
5.本发明实现方法中S12按T1周期轮询，S13按T2周期轮询，同时在步骤S18中根据水质情况在线调整T1和T2。可以根据水质变化情况调整传感采集周期，如果水质平稳，可以按已设定周期采集；如果水质变化明显，增大采集频率。
综上，本发明中水质检测网关通过RS485总线连接总线型水质传感模块、通过WSN模块连接无线型水质传感模块采集多种水体参数，通过WWAN连接云端服务器、通过以太网连接本地服务器、通过蓝牙连接手机应用程序多种方式进行水质数据存储和查询以及参数配置。整个系统通过WSN和RS485两种方式便于扩展水质检测参数和功能，便于传感器多样化，传感器接口为0～24mA范围内，兼容性更好，支持不同应用场所扩展不同类型的水质传感器和人机接口设备，使用灵活方便，可用于多种参数水质监测场合。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构框图。
图2为本发明实施例的水质检测网关的结构框图。
图3为本发明实施例的总线型水质传感模块的结构框图。
图4为本发明实施例的无线型水质传感模块的结构框图。
图中，1.水质检测网关、2.总线型水质传感模块、3.无线型水质传感模块、4.本地服务器、5.云端服务器、6.智能手机；10.第一嵌入式控制器、11.以太网接口、12.WWAN模块、13.蓝牙模块、14.RS485接口、15.第一隔离稳压电路、16.WSN模块、17.供电单元；18.第二嵌入式控制器、19.SPI隔离电路、20.模数转换电路、21.信号调理电路、22.第二隔离稳压电路；24.温度传感器、25.pH传感器、26.溶解氧传感器、27.电导率传感器、28.浑浊度传感器、29.深度传感器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
见图1，并结合图2、图3和图4所示，本发明一种物联网多参数水质在线监测系统，该监测系统包括水质检测网关1、一个或多个总线型水质传感模块2、一个或多个无线型水质传感模块3、本地服务器4、云端服务器5以及智能手机6；
在本实施例中，所述水质检测网关通过以太网与本地服务器相连，通过无线广域网WWAN与云端服务器相连，通过蓝牙与智能手机相连，通过RS485总线与总线型水质传感模块相连，通过无线传感网络WSN与多个无线型水质传感模块相连；多个总线型水质传感模块通过RS485总线连接；所述无线型水质传感模块安装在河道或湖面中心等不方便布线的位置上，所述水质检测网关直接与总线型水质传感模块连接，布置在岸边。
所述总线型水质传感模块和无线型水质传感模块均连接多种参数水质传感器，多种参数水质传感器用于采集深度、水温、pH值、电导率、溶解氧和浑浊度等水体环境参数；
所述本地服务器、云端服务器、智能手机都可以进行多参数水质在线监测系统监测数据的存储与显示，也可以进行监测系统的校准与设置；
所述云端服务器可以根据需要将监测到的实时水质信息通过Web网页发布出去，供其他需要了解水质信息的用户查看。
每个所述一种物联网多参数水质在线监测系统都可以部署一个或多个水质检测网关，每个所述水质检测网关都可以通过RS485总线手拉手级联多个总线型传感模块或通过WSN模块扩展多个无线型传感模块，每个所述水质检测网关都有自己的IP地址，每个所述总线型传感模块或所述无线型传感模块也都有自己的从机地址，所述水质检测网关采用Modbus协议与总线型传感模块或无线型传感模块进行通讯。
见图2所示，在本实施例中，所述水质检测网关1包括第一嵌入式控制器10、用于连接本地服务器的以太网接口11、用于连接云端服务器的WWAN模块12、用于连接智能手机的蓝牙模块13、用于连接总线型水质传感模块的RS485接口14、用于连接无线型水质传感模块的WSN模块16、第一隔离稳压电路15和供电单元17。
所述供电单元17为RS485接口14供电，经过第一隔离稳压电路15为第一嵌入式控制器10供电，所述第一嵌入式控制器10进一步为以太网接口11、WWAN模块12、蓝牙模块13、WSN模块16供电；第一嵌入式控制器10与以太网接口11、WWAN模块12、蓝牙模块13、RS485接口14、第一隔离稳压电路15、WSN模块16分别进行双向通信；所述第一隔离稳压电路15将24V直流电压转换为输出为3.3V的直流电压、为水质检测网关提供安全稳定的电压输出，保障网关的正常工作。
在本实施例中，所述第一嵌入式控制器10选择高性能内置存储单元的ARMCortex-M4微控制器STM32F429IGT6，采用10针JTAG接口用于水质检测网关内部测试和软件版本升级。第一嵌入式控制器1至少需要100个引脚，第二嵌入式控制器的引脚只有48个。
见图3所示，在本实施例中，所述总线型水质传感模块包括第二嵌入式控制器18、SPI隔离电路19、模数转换电路20、信号调理电路21、RS485接口14和第二隔离稳压电路22；
所述信号调理电路21分别连接深度传感器29、温度传感器24、pH传感器25、溶解氧传感器26、电导率传感器27和浑浊度传感器28，深度传感器29、温度传感器24、pH传感器25、溶解氧传感器26、电导率传感器27和浑浊度传感器28分别安装在相应需要监测的水域中；所述信号调理电路21与所述模数转换电路20相连，所述模数转换电路20与所述SPI隔离电路19相连，所述SPI隔离电路19与第二嵌入式控制器18相连双向通信，第二嵌入式控制器18通过RS485接口连接外部水质检测网关的第一嵌入式控制器10或另一个总线型水质传感模块的第二嵌入式控制器18；所述第二嵌入式控制器上连接的RS485接口连接第二隔离稳压电路22的输入端，所述第二隔离稳压电路22的输出端分别连接第二嵌入式控制器18、SPI隔离电路19、模数转换电路20、信号调理电路21；所述第二隔离稳压电路22将24V直流电压转换为3.3V直流电压和9V直流电压分别为第二嵌入式控制器18和多种参数水质传感器提供安全稳定的电压输出，保障传感模块的正常工作。
见图4所示，在本实施例中，每个无线型水质传感模块除包括总线型水质传感模块的部件外，还包括WSN模块16和蓄电池组23或太阳能供电模块；所述第二嵌入式控制器18通过WSN模块16连接第一嵌入式控制器，与第二嵌入式控制器连接的WSN模块和与水质检测网关中的WSN模块组建WSN无线传感网络；所述蓄电池组23或太阳能供电模块与连接第二嵌入式控制器的RS485接口14相连，为第二嵌入式控制器和多种参数水质传感器供电。
在本实施例中，所述温度传感器采用PT100总线型温度传感器，测量温度范围为-50℃～50℃，测量精度为0.2％FS，温度传感器上的电源线VCC、电源地线GND、数据线DATA分别与变送器上的电源VCC、电源地GND、数据接口DATA相连，经变送器后输出信号为4～20mA电流信号。
在本实施例中，所述深度传感器采用防腐蚀、防阻塞、防干扰的MIK-P260投入试液位计，测量深度为0～10m，综合测量精度为0.25％FS，经变送器后为4～20mA电流信号输出。
在本实施例中，所述pH传感器优选一款具有温度补偿的复合电极传感器，经变送器后为4～20mA电流输出，水体pH值与所述输出mA电流信号成正比，pH的测量范围在0～14pH。
在本实施例中，所述电导率传感器优选一款耐高温、耐腐蚀、不锈钢电极传感器，电导率测量范围在2～2000us/cm-1，电极常数为1，经变送器后输出信号为4～20mA电流输出；所述电导率还应内置NTC热敏电阻对测得的原始信号进行温度补偿，提高电导率测量精度。
在本实施例中，溶解氧测量采用酸性胶体电解质原电池原理，优选一款内置半导体测温元件的电极，溶解氧的测量范围为0～20mg/L，测量误差≤0.1mg/L，经变送器后为4～20mA电流输出。
在本实施例中，所述浊度传感器优选一款抗干扰能力强的传感器，透射光采用稳定的不可见单色红外光源，避免液体中色度和外界可见光对传感器测量的干扰，浊度测量范围在0～10000NTU，测量误差≤0.01NTU，经变送器后为4～20mA电流输出。
在本实施例中，所述深度传感器、所述温度传感器、所述pH传感器、所述溶解氧传感器、所述电导率传感器和所述浑浊度传感器均采用沉入式安装在被监测水域，通过所述云端服务器、所述本地服务器、智能手机的应用程序均可以自动控制多种参数水质传感器的测量深度，实现不同深度的水质检测。
在本实施例中，所述RS485接口14包括A、B、GND和24V管脚，通过RS485接口可以直接给连接的模块供电；所述RS485接口14通过A和B信号线与第一嵌入式控制器或第二嵌入式控制器的串口相连，通过GND和24V与第一隔离稳压电路或第二隔离稳压电路相连，同时可以外接供电单元17或蓄电池组22、太阳能供电模块；所述RS485接口14有两个相同的接线端子，可以手拉手方式级联扩展；水质检测网关作为主机，总线型水质传感模块作为从机，通过Modbus协议传输水质传感数据和配置信息。
在本实施例中，所述WSN模块16通过串行发送TXD1、串行接收RXD1、请求发送RTS1、清除发送CTS1、电源3.3V和电源地GND与第一嵌入式控制器或第二嵌入式控制器中串口相连；所述WSN模块16采用支持Zigbee、LoRa中的一种通信模组。
在本实施例中，所述WWAN模块12通过串行发送TXD2、串行接收RXD2、请求发送RTS2、清除发送CTS2、电源3.3V和电源地GND与第一嵌入式控制器10中的相应串口相连；所述WWAN模块12采用支持GPRS、NBIOT、eMTC或4G通信制式中的单模或者多模通信模组，支持物联网专用号段的SIM卡。
在本实施例中，所述蓝牙模块13优选一款低功耗蓝牙4.0串口模块，通过串行发送TXD3、串行接收RXD3、下载接口SWS、电源3.3V和电源地GND与第一嵌入式控制器10中的相应串口相连；
在本实施例中，所述以太网接口采用RJ45接口，与所述第一嵌入式控制器10相连。
在本实施例中，所述供电单元17包括采用电源适配器将市电转换为输出为24V的直流电压供电或采用输出24V的光伏电池组供电。
在本实施例中，所述第一隔离稳压电路15将24V直流电压转换为输出为3.3V的直流电压、为所述水质检测网关提供安全稳定的电压输出，保障网关的正常工作；所述第二隔离稳压电路22将24V直流电压转换为3.3V直流电压和9V直流电压分别为第二嵌入式控制器18和多种参数水质传感器提供安全稳定的电压输出，保障所述水质传感模块的正常工作。
在本实施例中，距离岸边较近的区域采用市电供电，位于水域中心的监测区域采用光伏电池组或蓄电池组供电；容易布线的区域采用所述总线型水质传感模块与所述水质检测网关相连，对于布线难度大的区域采用所述无线型水质传感模块与所述水质检测网关相连。
在本实施例中，一种物联网多参数水质在线监测系统实现方法，所述水质检测网关通过RS485连接总线型水质传感模块持续采集临近区域水质参数，通过WSN模块连接无线型水质传感模块按需采集扩展区域水质参数，将采集的水质参数数据通过WWAN模块上传到云端服务器、通过以太网接口保存在本地服务器、通过蓝牙模块支持智能手机应用程序查询和参数配置。
在本实施例中，所述水质检测网关设置为Modbus主机，总线型水质传感模块为Modbus从机，组建现场总线网络，通过Modbus报文传输监测数据和配置信息；所述水质检测网关设置为WSN中心节点，无线型水质传感模块为子节点，组建WSN无线传感网络，通过无线方式透传Modbus报文传输监测数据和配置信息。
在本实施例中，一种物联网多参数水质在线监测系统实现方法，该方法的步骤是：
S11：水质检测网关上电自检，设定RS485总线轮询周期T1，设定WSN模块轮询周期T2，设定以太网接口轮询周期T3，设定WWAN模块轮询周期T4，设定蓝牙模组中断监听模式；
S12：按T1周期轮询RS485总线型水质传感模块，获取临近区域水质参数；
S13：按T2周期控制WSN模块轮询无线型水质传感模块，获取扩展区域水质参数；
S14：按T3周期通过以太网口向本地服务器存储水质参数，并接收本地服务器命令；
S15：按T4周期通过WWAN模块向云端服务器上传水质参数，并接收云端服务器命令；
S16：如果有蓝牙模组请求，进行响应；
S17：处理本地服务器、云端服务器和蓝牙模组接收到的命令，调整系统参数；
S18：根据水质参数在线识别水质种类，调整总线型水质传感模块轮询周期T1和无线型水质传感模块轮询周期T2，返回S12执行。
在本实施例中，一种物联网多参数水质在线监测系统实现方法，按T1周期轮询RS485总线型水质传感模块，获取临近区域水质参数包括以下详细步骤：
S121：所述水质检测网关按T1周期向总线型水质传感模块发送查询指令，指令格式为标准的Modbus格式：从机地址+读功能码+读起始地址高+读起始地址低+读寄存器个数高+读寄存器个数低；以第一块总线型水质传感模块为例，从机地址为0x01、读功能码为0x03、读起始地址高为0x00、读起始地址低为0x00、读寄存器个数高为0x00、读寄存器个数低为0x18，每一路原始数据存储需要4个寄存器，共六路原始数据需24个寄存器，转换成十六进制数为0x18，所以发送指令为：01 03 00 00 00 18 45C0，其中45C0为CRC校验位。
S122：所述总线型水质传感模块收到查询指令后，对指令进行分析，将寄存器中存放的六路原始数据作为应答信息返回所述水质检测网关，每一路的数据格式：从机地址+数据类型+数据位高+数据位低+四字节保留；以pH传感器测得的原始信号为12mA为例，pH传感器对应第四路信号，所占寄存器为13～16，输出类型为4mA～20mA输出，将AD转换后的原始数据扩大1000倍存入对应的寄存器，AD转换会有误差，这里以理想转换数据存储，则pH传感器返回所述水质检测网关的应答信息为：01 15 2E E0FF FF FF FF 43 0A。
S123：所述水质检测网关收到正确的应答信息后，将应答信息中的数据位缩小1000倍，然后转换为对应的测量值后再扩大1000倍，加上14字节的时间戳存放在一个能容纳100条数据的二维数组中，每六路信号作为一条数据存放；同样以pH传感器为例，收到应答信息的数据位为2E E0，对应成十进制数为12000，即pH传感器测得的原始信号12mA，数据类型0x15代表4～20mA输入，pH传感器的测量范围为0～14pH，水体pH值与所述输出mA电流信号成正比，所以对应的pH值为7，pH传感器存入二维数组的数据为：01 15 1B 58 FF FFFF FF E6 B4。
在本实施例中，一种物联网多参数水质在线监测系统实现方法，按T2周期控制WSN模块轮询无线型水质传感模块，获取扩展区域水质参数包括以下详细步骤。
S131：所述水质检测网关按T2发出连接所述无线型传感模块的命令，唤醒处于休眠状态的无线型传感模块。
S132：所述水质检测网关与所述无线型水质传感模块建立连接，设置标志位WSNFlag＝1。
S133：连接成功后，所述水质检测网关向所述无线型水质传感模块发送查询命令，查询方式与所述总线型传感模块相同。
S134：所述无线型水质传感模块收到查询指令后，对查询指令进行分析并向所述水质检测网关返回应答信息，具体过程与总线型水质传感模块相同。
S135：所述水质检测网关收到正确的应答信息后，将应答信息中的数据位缩小1000倍，然后转换为对应的测量值后再扩大1000倍，加上14字节的时间戳存放在一个能容纳100条数据的二维数组中，每六路信号作为一条数据存放，具体过程与总线型水质传感模块相同。
S136：设置标志位WSNFlag＝0，断开所述水质检测网关与所述无线型传水质感模块的连接。
在本实施例中，所述无线型水质传感模块只有在上传数据时才会被唤醒，其它时间处于休眠状态，从而最大限度降低系统功耗，延长蓄电池组的使用寿命。
在本实施例中，一种物联网多参数水质在线监测系统实现方法，按T3周期通过以太网口向本地服务器存储水质参数包括以下详细步骤：
S141：查询存放水质信息的二维数组中数据条数是否大于上传条数n，
S142：当二维数组中存放的数据条数大于n时，绑定本地服务器端口号和IP地址，所述水质检测网关与所述本地服务器建立连接。
S143：连接成功后，将这n条数据拷贝到所述水质检测网关端的TCP发送数组中，数据格式为：网关地址+发送方式+n条数据长度+n条数据。
S144：为上传数据长度申请pbuf结构体，将水质检测网关端的TCP发送数组中数据拷贝到pbuf结构体，向本地服务器发送数据。
S145：当本地服务器接收到数据以后，对数据进行解析，同样以pH传感器为例，发送到本地服务器的pH传感器数据为：01 15 1B 58 FF FF FF FF E6 B4，将数据位1B 58解析出来，缩小1000倍通过MFC界面显示在pH对应的位置上，即显示pH值为7。
在本实施例中，一种物联网多参数水质在线监测系统实现方法，按T3周期通过以太网口接收本地服务器命令包括以下详细步骤：
SS141：将MFC配置界面上的配置信息写入配置结构体，该结构体包含以下信息：char GPRSNUM[16]、UINT16 NODENUM、UINT16 ANOLOGOUTTYPE1、UINT16 ANOLOGOUT1、UINT16 ANOLOGOUTTYPE2、UINT16 ANOLOGOUT2、UINT16 DIGTALOUT、UINT16 UPDATESKIP、char ListenIP[4]、UINT16 ListenPort。
SS142：然后将配置数据拷贝到本地服务器端的TCP发送数组中，在水质检测网关与本地服务器连接的状态下将配置信息发送给所述水质检测网关。
SS143：当水质检测网关收到本地服务器发送的配置信息后，若此时没有数据上传给所述本地服务器则解析收到的配置信息。
SS144：将收到的配置信息拷贝到水质检测网关的TCP接收数组中。
SS145：将TCP接收数组中的数据拷贝到所述水质检测网关的配置结构体中，该结构体与所述本地服务器端的配置结构体参数相同。
SS146：将所述水质检测网关配置结构体中的数据进行大小端的交换，用来解决本地服务器与水质检测网关中大小端不一致的问题。
SS147：更新配置信息结构体中的标志位，在下一个T1周期轮询完成后，检测配置信息结构体中的标志位是否有效；若有效，通过Modbus写功能码更新所述水质传感模块中的信息，指令格式为：从机地址+写功能码+写地址高+写地址低+写数据高+写数据低。
SS148：总线型水质传感模块通过串口接收到配置信息后，解析出配置信息并存放在相应的寄存器中。
在本实施例中，按T4周期通过WWAN模块向云端服务器上传水质参数包括以下详细步骤：
S151：初始化WWAN模块的发送标志WFlag＝0。
S152：检查WWAN模块的发送标志WFlag＝1是否成立；若成立，检查是否有数据需要通过WWAN模块存储至所述云端服务器。
S153：将需要存储的数据按照网关地址+发送方式+数据长度+数据+CRC校验的格式进行打包，存放在所述水质检测网关端的WWAN发送数组中。
S154：将数据通过WWAN无线发送到所述云端服务器，设置WWAN模块的发送标志WFlag＝0，返回S152执行。
在本实施例中，所述云端服务器发送配置命令的处理过程与所述本地服务器发送配置命令的处理过程相同。
在本实施例中，一种物联网多参数水质在线监测系统实现方法，所述总线型水质传感模块的工作过程包括以下步骤：
S21：总线型水质传感模块上电自检，初始化RS485接口中断接收标志RFlag＝0、SPI总线控制模数转换电路；
S22：采集多种参数水质传感器原始信号，进行信号调理和模数转化；
S23：第二嵌入式控制器通过SPI总线获取模数转换结果，剔除噪声平滑滤波后，存入对应数组；
S24：如果RS485中断标志RFlag＝1，根据接收到的查询码将相应数组通过RS485接口发送，转到S22执行；如果RS485中断标志RFlag＝0，转到S22执行；
其中，S24接收到的查询码和发送都采用Modbus报文格式。
智能手机内的应用软件可通过现有技术编程实现，主要是用来通过智能手机自动控制多种参数水质传感器的测量深度，实现不同深度的水质检测，进行多参数水质在线监测系统监测数据的存储与显示，并能进行监测系统的校准与设置。
在本实施例中，本发明的无线型水质传感模块支持RS485有线和WSN无线两种方式，使用者可以根据实际需要轻松扩展监测区域；水质检测网关和水质传感模块之间的通讯采用工业控制中常用的Modbus协议和4～20mA两种接口方式，易于扩展检测节点的数量，同时避免了使用自定义协议造成的系统不兼容问题；本发明的水质检测网关支持市电加电源适配器和光伏电池组供电两种方式，在靠近水源或电线不易架设的水质检测网关上采用光伏电池组供电，在远离水源的水质检测网关上采用市电供电；本发明的水质检测网关采用一款高性能、高数据传输速率、内置存储单元的ARM内核微处理器，便于后期对产品升级时加入数据处理算法；本发明监测系统支持本地服务器、云端服务器和蓝牙接口智能手机应用软件等多种方式配置，使用灵活便捷，能满足多种场合需求。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (9)
1.一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括多个水质检测网关、本地服务器、云端服务器以及智能手机，每个水质检测网关均连接多个总线型水质传感模块和多个无线型水质传感模块；
每个水质检测网关分别通过以太网与本地服务器相连，通过无线广域网WWAN与云端服务器相连，通过蓝牙与智能手机相连，通过RS485总线与所述总线型水质传感模块相连，通过无线传感网络WSN与所述无线型水质传感模块相连；
每个总线型水质传感模块和无线型水质传感模块均连接多种参数水质传感器，所述多种参数水质传感器包括深度深度传感器、水温传感器、pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器和浑浊度传感器；
所述本地服务器、云端服务器和智能手机都能进行多参数水质在线监测系统监测数据的存储与显示，并能进行监测系统的校准与设置；
总线型水质传感模块持续采集临近区域水质参数，无线型水质传感模块按需采集扩展区域水质参数，将采集的水质参数数据通过WWAN模块上传到云端服务器、通过以太网接口保存在本地服务器、通过蓝牙支持智能手机查询和参数配置；所述无线型水质传感模块采用蓄电池供电或太阳能供电。
2.根据权利要求1所述的一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于所述水质检测网关设置为Modbus主机，总线型水质传感模块为Modbus从机，组建现场总线网络，通过Modbus报文传输监测数据和配置信息；所述水质检测网关设置为WSN中心节点，无线型水质传感模块为子节点，组建WSN无线传感网络，通过无线方式透传Modbus报文传输监测数据和配置信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，所述水质检测网关包括第一嵌入式控制器、用于连接本地服务器的以太网接口、用于连接云端服务器的WWAN模块、用于连接智能手机的蓝牙模块、用于连接总线型水质传感模块的RS485接口、用于连接无线型水质传感模块的WSN模块、第一隔离稳压电路和供电单元；
所述供电单元为所述RS485接口供电，经过第一隔离稳压电路为第一嵌入式控制器供电，所述嵌入式控制器进一步为以太网接口、所述WWAN模块蓝牙模块、所述WSN模块供电；第一嵌入式控制器与以太网接口、WWAN模块、蓝牙模块、RS485接口、第一隔离稳压电路、WSN模块分别进行双向通信；所述第一隔离稳压电路将24V直流电压转换为输出为3.3V的直流电压、为水质检测网关提供安全稳定的电压输出。
4.根据权利要求3所述的一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，所述总线型水质传感模块包括第二嵌入式控制器、SPI隔离电路、模数转换电路、信号调理电路、RS485接口和第二隔离稳压电路；
所述信号调理电路分别连接深度传感器、温度传感器、pH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器和浑浊度传感器，深度传感器、温度传感器、pH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器和浑浊度传感器分别安装在相应需要监测的水域中；所述信号调理电路与模数转换电路相连，所述模数转换电路与SPI隔离电路相连，所述SPI隔离电路与第二嵌入式控制器相连双向通信，第二嵌入式控制器通过RS485接口连接外部水质检测网关的第一嵌入式控制器或另一个总线型水质传感模块的第二嵌入式控制器；所述第二嵌入式控制器上连接的RS485接口连接第二隔离稳压电路的输入端，所述第二隔离稳压电路的输出端分别连接第二嵌入式控制器、SPI隔离电路、模数转换电路、信号调理电路；所述第二隔离稳压电路将24V直流电压转换为3.3V直流电压和9V直流电压分别为第二嵌入式控制器和多种参数水质传感器提供安全稳定的电压输出。
5.根据权利要求4所述的一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，每个无线型水质传感模块除包括总线型水质传感模块的部件外，还包括WSN模块和蓄电池组或太阳能供电模块；所述第二嵌入式控制器通过WSN模块连接第一嵌入式控制器，与第二嵌入式控制器连接的WSN模块和与水质检测网关中的WSN模块组建WSN无线传感网络；所述蓄电池组或太阳能供电模块与连接第二嵌入式控制器的RS485接口相连，为第二嵌入式控制器和多种参数水质传感器供电。
6.根据权利要求4或5任一所述的一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，所述RS485接口包括A、B、GND和24V管脚，通过RS485接口可以直接给连接的模块供电；所述RS485接口通过A和B信号线与第一嵌入式控制器或第二嵌入式控制器的串口相连，通过GND和24V与第一隔离稳压电路或第二隔离稳压电路相连，同时外接供电单元或蓄电池组、太阳能供电模块；所述RS485接口有两个相同的接线端子，以手拉手方式级联扩展。
7.根据权利要求3所述的一种物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，所述所述WSN模块采用支持Zigbee、LoRa中的一种通信模组；所述WWAN模块采用支持GPRS、NBIOT、eMTC或4G通信制式中的单模或者多模通信模组，支持物联网专用号段的SIM卡。
8.一种物联网多参数水质在线监测实现方法，该方法使用权利要求1-7任一所述的物联网多参数水质在线监测系统，其特征在于，该方法的步骤是：
S11：水质检测网关上电自检，设定RS485总线轮询周期T1，设定WSN模块轮询周期T2，设定以太网接口轮询周期T3，设定WWAN模块轮询周期T4，设定蓝牙模组中断监听模式；
S12：按T1周期轮询RS485总线型水质传感模块，获取临近区域水质参数；
S13：按T2周期控制WSN模块轮询无线型水质传感器模块，获取扩展区域水质参数；
S14：按T3周期通过以太网向本地服务器存储水质参数，并接收本地服务器命令；
S15：按T4周期通过WWAN模块向云端服务器上传水质参数，并接收云端服务器命令；
S16：如果有蓝牙模组请求，进行响应；
S17：处理本地服务器、云端服务器和蓝牙模组接收到的命令，调整系统参数，返回S12执行。
9.根据权利要求8所述的一种物联网多参数水质在线监测实现方法，其特征在于，所述总线型水质传感模块的工作过程是：
S21：总线型水质传感模块上电自检，初始化RS485接口中断接收标志RFlag=0、SPI总线控制模数转换电路；
S22：采集多种参数水质传感器原始信号，进行信号调理和模数转化；
S23：第二嵌入式控制器通过SPI总线获取模数转换结果，剔除噪声平滑滤波后，存入对应数组；
S24：如果RS485中断标志RFlag=1，根据接收到的查询码将相应数组通过RS485接口发送，转到S22执行；如果RS485中断标志RFlag=0，转到S22执行；
其中，S24接收到的查询码和发送都采用Modbus报文格式。
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